馬荊利

(咸豐縣交通運(yùn)輸局 恩施市 445600)

0 引言

近年來(lái)，為服務(wù)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，我國(guó)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，公路工程發(fā)展迅速。由于我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)環(huán)境和條件復(fù)雜，在修建公路工程時(shí)不可避免地要開挖一些高陡路塹巖質(zhì)邊坡[1-2]。城市主干道往往車流量密集并且連通著城市的幾個(gè)核心區(qū)域，城市主干道在城市整體交通運(yùn)輸中流量占比高，意義重大，其運(yùn)營(yíng)的安全性和舒適性應(yīng)引起足夠的重視。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市建設(shè)不斷往外擴(kuò)張，城市主干道通過(guò)山區(qū)或者丘陵地帶，需要開挖道路兩側(cè)的山體形成高陡路塹邊坡。高陡路塹邊坡在開挖后受開挖卸荷、降雨入滲、地震動(dòng)以及人為荷載等因素的綜合影響下，容易發(fā)生滑塌破壞。故在進(jìn)行高陡巖質(zhì)邊坡開挖時(shí)應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算和邊坡安全防護(hù)，確保道路兩側(cè)高陡邊坡在施工和運(yùn)營(yíng)期間的安全穩(wěn)定。

針對(duì)咸豐縣縣城至火車站道路工程的高陡路塹巖質(zhì)邊坡，采用理正巖土計(jì)算軟件進(jìn)行邊坡開挖穩(wěn)定性分析，基于計(jì)算結(jié)果給出高陡巖質(zhì)邊坡的防護(hù)方案并進(jìn)一步進(jìn)行防護(hù)后的穩(wěn)定性計(jì)算，從而驗(yàn)證其合理性。

1 工程概況

本項(xiàng)目是咸豐縣縣城連接火車站的城市主干道，是縣城通往火車站的重要通道。咸豐縣位于湖北省西南隅，恩施州西南部，地跨東經(jīng)109°45′至110°38′，北緯29°38′至30°14′。咸豐縣東北接宣恩縣、利川市，東南及正南接宣恩縣、來(lái)風(fēng)縣，西接重慶黔江市。其起點(diǎn)位于縣城楚蜀大道，終點(diǎn)止于丁寨小學(xué)附近，是咸豐縣城核心區(qū)通往火車站的重要通道，同時(shí)也連接縣城與周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的快速運(yùn)輸通道；其建設(shè)將會(huì)促進(jìn)咸豐向丁寨以及附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)輻射和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，促進(jìn)區(qū)域間分工與協(xié)作、縮小區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展差距，實(shí)現(xiàn)共同富裕與和諧發(fā)展。本道路工程線位起訖里程為K0+000～K10+697.012，路線長(zhǎng)10.697012km，路線基本呈東北—西南向[3]。

1.1 地質(zhì)概況

本次研究選取工點(diǎn)里程樁號(hào)為K0+420～K0+680段線路右側(cè)的一個(gè)6級(jí)高邊坡，邊坡最大高度為65.88m，高邊坡坡長(zhǎng)為320m。本段邊坡線路走向210°，邊坡傾向300°。

路段地處低緩丘陵，地形較陡，自然坡角最大約25°，山體植被發(fā)育。

1.2 地層巖性

(1)粉質(zhì)黏土層：黃褐色，稍濕，可塑，稍有砂感，風(fēng)化殘坡積成因。全場(chǎng)地分布，厚度為4.5m。其重度及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)建議值為γ=19kN/m3，黏聚力c=20kPa，內(nèi)摩擦角φ=18°。

(2)強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r：灰白色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，母巖結(jié)構(gòu)可辨，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀，巖質(zhì)較軟。全場(chǎng)地分布，厚度為1.5～4.60m。其重度及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)建議值為γ=21kN/m3，黏聚力c=25kPa，內(nèi)摩擦角φ=30°。

(3)中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r：灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層至中厚層狀，巖石破碎，巖芯呈短柱狀?yuàn)A碎塊狀，巖質(zhì)較硬。全場(chǎng)地分布，最大揭示厚度為34.00m。其重度及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)建議值為γ=22kN/m3，黏聚力c=25kPa，內(nèi)摩擦角φ=35°。

1.3 開挖概況

圖2為所選取的6級(jí)路塹高邊坡工點(diǎn)的工程地質(zhì)橫斷面圖。一級(jí)坡采用1∶0.5的開挖放坡坡率，一級(jí)坡坡高16.68m；一級(jí)坡與二級(jí)坡之間有一個(gè)2m寬的平臺(tái)，之后的每級(jí)坡都設(shè)置一個(gè)2m平臺(tái)，二級(jí)和三級(jí)坡采用1∶0.5的開挖放坡坡率，坡高分別為16m和8m；四級(jí)坡采用1∶0.75的開挖放坡坡率，坡高為8m；五級(jí)和六級(jí)坡采用1∶1的開挖放坡坡率，坡高分別為8m和6m。

2 高邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

2.1 模型概化

對(duì)圖2中的地質(zhì)模型進(jìn)行模型概化，得到如圖3所示的計(jì)算簡(jiǎn)圖。采用理正巖土軟件對(duì)本工點(diǎn)高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。理正巖質(zhì)邊坡分析軟件是采用極限平衡法對(duì)邊坡進(jìn)行分析，該方法是邊坡穩(wěn)定性分析的一個(gè)常用方法。采用極限平衡法對(duì)巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析的原理為，先進(jìn)行破壞面的假定，將破壞面內(nèi)的巖體作為脫離體進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)作用于脫離體上的力系達(dá)到靜力平衡時(shí)，此時(shí)巖土的抗力或抗剪強(qiáng)度，與破壞面實(shí)際所能提供的巖土的抗力或抗剪強(qiáng)度相比較，求得穩(wěn)定性安全系數(shù)[4]。

2.2 巖土體計(jì)算參數(shù)

根據(jù)咸豐縣縣城至火車站道路工程兩階段施工圖設(shè)計(jì)巖土工程勘察報(bào)告書的資料確定高邊坡工點(diǎn)的氣候條件、地質(zhì)情況，計(jì)算采用的地層巖性參數(shù)見表1所示。巖層重度、粘聚力和內(nèi)摩擦角參數(shù)見1.2節(jié)地層巖性所述。

2.3 模型計(jì)算

根據(jù)中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖，本項(xiàng)目位于地震烈度VI度區(qū)，依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震反應(yīng)譜特征周期值為0.35s。根據(jù)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 004-2005)，對(duì)于重要工程的抗震重點(diǎn)工程，可以比基本烈度提高一度采取抗震措施。由于本工點(diǎn)高邊坡為6級(jí)高陡巖質(zhì)邊坡，故在抗震計(jì)算時(shí)采用比基本烈度提高一度，地震動(dòng)峰值加速度取為0.1g進(jìn)行計(jì)算。

表1 高邊坡巖土體計(jì)算參數(shù)表

區(qū)內(nèi)氣候溫和，雨量充沛，大氣降水滲入為地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。地下水主要類型為孔隙水、基巖裂隙水。前者主要賦存于第四系松散層中，水位埋深隨季節(jié)變化；后者賦存于基巖中，其透水性及賦水性極不均勻。地下水以側(cè)向徑流的形式向溝谷排泄。本次計(jì)算考慮地下水埋深為距離坡頂表面7.3m位置。

將上述計(jì)算參數(shù)輸入到理正巖土巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析模塊進(jìn)行計(jì)算，得到考慮地下水和地震影響的高邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 高邊坡開挖穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

從以上計(jì)算結(jié)果可以知道本項(xiàng)目工點(diǎn)6級(jí)高邊坡在開挖后，下滑力為14876.1kN，抗滑力為13032.5kN，安全系數(shù)F=抗滑力/下滑力=13032.5kN/14876.1kN=0.968<1，高邊坡有發(fā)生滑塌的風(fēng)險(xiǎn)。

3 高邊坡防護(hù)

本項(xiàng)目6級(jí)高邊坡為土質(zhì)和巖質(zhì)混合邊坡，邊坡地層主要為表層的粉質(zhì)粘土層和次堅(jiān)石強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r層以及堅(jiān)石中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r層。采用錨桿和拱架三維網(wǎng)植草進(jìn)行高邊坡防護(hù)。采用錨桿防護(hù)同樣需要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330-2013)5.3.2節(jié)的相關(guān)規(guī)定，一級(jí)永久邊坡在一般工況下的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)不小于1.35，二級(jí)永久邊坡在地震工況下的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)不小于1.15。路塹高邊坡錨桿支護(hù)方案圖見圖4所示。

錨桿支護(hù)采用3m×3m布置方案，沿著坡面向上共16排錨桿。錨桿設(shè)置參數(shù)見表3所示。

表3 高邊坡錨桿防護(hù)參數(shù)表

同樣對(duì)采用錨桿防護(hù)的高邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，利用極限平衡法計(jì)算其防護(hù)后模型的穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)果如表4。

表4 錨桿抗力

結(jié)構(gòu)面上正壓力為11103.6kN，邊坡的總下滑力為9006.3kN，總抗滑力為10386.1kN，全系數(shù)F=抗滑力/下滑力=10386.1kN/9006.3kN=1.153>1.15，計(jì)算結(jié)果安全系數(shù)滿足一級(jí)邊坡在地震工況下的安全系數(shù)，從而說(shuō)明錨桿方案的合理性。

邊坡坡面采用三維網(wǎng)植草防護(hù)，坡頂設(shè)置截水溝，邊坡平臺(tái)采用漿砌片石進(jìn)行硬化，并設(shè)置排水溝，防止雨水過(guò)多入滲進(jìn)坡體內(nèi)部，在邊坡開挖還未進(jìn)行防護(hù)前，若遇到雨季，須對(duì)坡面進(jìn)行遮擋，防止水流入滲對(duì)邊坡的侵蝕破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

依托湖北省恩施土家族苗族自治州咸豐縣縣城至火車站道路項(xiàng)目K0+420～K0+680段線路右側(cè)的一個(gè)6級(jí)高陡巖質(zhì)邊坡工程，對(duì)其進(jìn)行考慮地震力和靜水壓力的路塹高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析，采用理正巖土巖質(zhì)邊坡分析軟件進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得到其開挖后未防護(hù)狀態(tài)安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，有發(fā)生滑塌破壞的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果采用錨桿和拱形三維網(wǎng)植草進(jìn)行邊坡防護(hù)，并給出詳細(xì)的錨桿防護(hù)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步對(duì)其防護(hù)后的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得到其在同時(shí)考慮地震力和靜水壓力的工況下的安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，驗(yàn)證錨桿防護(hù)方案的可行性，最后根據(jù)邊坡開挖狀態(tài)確定邊坡的綜合開挖防護(hù)方案，研究結(jié)果可以供同類工程借鑒使用。